深基坑開挖管井降水設計

張 星 甘 樂

（中交二航局第一工程有限公司）

0 引言

在水文地質條件復雜的地區進行基坑開挖，不僅要考慮支護措施的可靠性與經濟性，還必須保證良好的降水效果。基坑降水的主要作用包括: 降低水位保障基坑穩定和施工的順利進行; 增強邊坡的穩定性，防止邊坡的局部流失或失穩; 防止地基產生管涌、流砂或隆起等; 改善基坑土質的受力特性。降水設計不當或不夠重視，輕則延緩工期、增大工程造價，重則危及周邊建筑設施和人民生命財產的安全，造成難以預測的損失。

1 工程概況

1.1 工程概述

埃及蘇赫納第二集裝箱碼頭位于蘇伊士運河南入口約40km ，在開羅東南方向 140km。本項目建設內容主要包括疏浚、回填（地基處理）、碼頭結構、護岸、碼頭辦公室、變電所及道堆和其他水電等配套設施。基坑底部長1350m，寬350m，開挖深度約21m。

圖 1項目示意圖

1.2 工程地質

現場地質大體分為3層：

（1）①粉細砂層或砂夾泥層，為松散地層；

（2）②1為較密實的粉細砂層，中間偶爾會遇到1-2m的黏土層；

（3）②2以及③為較為密實的砂卵石層，下層土層部分標慣值達50以上。 地質剖面圖如下圖所示。

1.3 水文地質

⑴ 地下水類型

港池區域地下水由相對隔水的不同層厚的粉質粘土或粘土分為兩個含水層，上部粉細砂層、礫砂層中的孔隙潛水及下部卵石層中的孔隙水（弱承壓）。水位標高約為1.84m，本地區潛水水位受紅海潮汐影響，變化幅度約為1.0m。

⑵ 地下水補給、徑流、排泄條件

地下水的補給主要受紅海潮汐影響。高潮位時海水補給地下水，反之地下水排泄至紅海。蒸發是地下水的主要排泄途徑。

⑶ 地層滲透性

根據抽水試驗報告，地層滲透系數及透水性綜合取值見表1所示。

圖 2 地質剖面圖

表1 主要地層巖性表

2 降水設計概況

2.1 降水方案選擇

本工程降水面積大，降深較大，臨海近，補給水源充足，降水難度大。考慮到鄰水側為主要補給來源，在此側布置多排降水井截流。上部滲透系數小下部大，為減少排水量，盡量減小降水井深度。主要沿港池四周布置降水井。計算模型按照潛水非完整井。

2.2 降水井數計算

在不影響施工的情況，本著節能，高效的要求，將降水分為3個階段：

表2 降水系統模擬

總涌水量計算采用模型計算確定，經模擬計算，整個港池滿足降深要求需約240口降水井，單井泵水量1920m3/d。則總涌水量Q=240×1920m3/d=460800m3/d。

2.3 降水井深度及布置

根據場地實際地質條件及相關經驗公式，降水井的深度按下式確定（根據《工程地質手冊第四版》地下水控制章節經驗公式）：

Hw---降水井深度（m）；

Hw1--基坑開開挖深度或上覆隔水層厚度（m），取20.50m；

Hw2--降水水位距離基坑底要求的深度（m），取1.0m；

Hw3--其值=ir0，i為水力坡度，在降水井分布范圍內取1/10～1/12; r0為降水井分布范圍內的等效半徑或降水井排間距的1/2(m);

Hw4--降水期間地下水變幅（m）；

Hw5--降水井工作過濾器長度（m）；

Hw6--沉砂管長度（m）。

其中：Hw3=ir0 i取1/10；r0取井排間距20m；則Hw3=（20～40）×1/2×1/10=1.0～2.0m；

Hw4-已考慮最高水位，此處不考慮，取0m；

Hw6--沉砂管長度，取3m；

Hw5-降水井工作過濾器長度：

按q=24×l’d/α’ (2)

則：l’=qα’/24d (3)

其中：l’——過濾器工作段長度（m）；

q——單井出水量（取2400m3/d）；

d——過濾器外徑（取300mm）；

α’——經驗系數，滲透系數為10～30m/d 時取50；

則所要求的l’ 值分別為：

q=2400m3/d時：l’=16.7m；

則降水井深度分別為：

Hw=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

Hw=20.50+1+2+0+16.7+3=43.20m

施工場地劃分為四個開挖區域，依次為M1、M2、M3和M4，開挖區域及場地降水井平面布置圖如下圖3所示。

在靠近海洋線附近布置了4排降水井，一排之內降水井之間的間距為20m。從海洋線往內陸方向，排與排之間降水井的間距依次為20m，40m，以及26m。

在M1與M2之間布置了5排降水井，一排之內降水井之間的間距為20m，從海洋線往內陸方向，排與排之間降水井的間距依次為23m，24m，24m以及25m。

在港池的內陸端布置了兩排降水井，一排之內降水井之間的間距為20m，排與排之間降水井的間距依次為29m。

圖3 降水井平面布置圖

3 現場驗證及存在的問題

3.1 水位與運行井數

表3 現場實際工況

3.2 滲透系數反演

3.2.1 經驗公式計算反演

以M1為分析對象，根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》JGJ111-2016附錄B，反演滲透系數。

總的涌水量 為134400m3/d；實際降深s為9.65m；潛水含水層厚度 為60m；基坑動水位至含水層底板的距離50.35m；平均動水位55.2m；濾管有效工作部分長度20m；降水影響半徑 按500m考慮。基坑等效半徑按236m考慮。反演所得滲透系數為 48m/d。

3.2.2 MODFLOW軟件計算反演

按實際抽水情況進行降水井布置，反演所得滲透系數為38m/d。

3.3 遇到的問題

現場在M1區域-9m左右存在硬層，降水井深45m，硬層下的水位容易抽出，硬層上方從海側滲流進來的水無法快速排除，影響開挖進度。為此在海側圍堰布置疏干井，在-9m區域開挖坑進行明排水。根據地勘報告，顯示M1區域有硬層，且-17m處有淤泥層。本項目降水設計在M1靠海側所有的井都是深井，在后期降水的時候，M1東南側角的兩口井由于淤泥層過厚變成廢井，在迎海側南北兩側布置一定的疏干井防止滲流很有必要。

現場進行開挖，邊挖修理時，發現南邊的降水井處于邊坡的中心位置。對降水系統維護和邊坡修理有較大的影響。本項目排水系統在后期開挖時，由于設備操作失誤，導致排水管道受損，在修理過程中需要關閉M2-M4全部降水井（M1降水系統單獨排水），應安裝一定數量的閥門。

本項目降水井部分采用的是鐵質管，在后期無法拔出。對于項目規范有要求管道必須拔出的，建議采用其他材料管道。

4 結論與建議

1) 地下水在深基坑開挖支護工程中有著舉足輕重的影響，降水設計的成敗對基坑和周邊環境安全非常關鍵，應該得到充分重視。

2) 深基坑降水方案應結合實際的工程地質條件來選取，可以采用幾種方法聯合使用，但在施工過程中降水方案應該不斷完善，以達到更好的降水效果。

3)本著科學合理、節約資源、滿足基坑施工要求即可的原則，降水井分開挖區域階段進行抽水。

4）在計算滲流系數時，應根據地勘實驗確定取值。取值差距會影響井數的數量。